JP2001261681A - フタロシアニン誘導体新規化合物及びそれを製造する方法並びに自己組織化膜 - Google Patents

フタロシアニン誘導体新規化合物及びそれを製造する方法並びに自己組織化膜

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陽久 秋山
Kaoru Tamada
薫 玉田
Fusae Nakanishi
房枝 中西
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    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定な自己組織化膜を容易に作ることができる
新規フタロシニン誘導体化合物並びにそれを製造する方
法並びに自己組織化膜の提供。 【解決手段】下記一般式で示されることを特徴とするフ
タロシアニン誘導体化合物及びその製造方法並びにそれ
を用いた自己組織化膜。 【化1】
(I) (式中、nは2〜18、Rは炭素数2〜18の直鎖また
は分岐鎖アルキル基を表し、Mは2個の水素原子、2価
金属原子、置換基を有する3価金属原子または置換基を
有する4価金属原子である。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金基板表面上に自
己組織化膜を形成しうるフタロシアニン誘導体新規化合
物及びそれを製造する方法並びに自己組織化膜に関す
る。
【0002】
【従来の技術】フタロシアニンは、その構造に起因して
各種の機能的な作用が知られている。また、その水素2
原子を金属で置換した無電荷の錯体を作りやすいことな
どから、金属錯体を中心とした研究も進められてきた。
これらのことから、フタロシアニンの構造体に注目し、
それらの一部を置換することにより得られるフタロシア
ニン誘導体に関する研究が積極的に進められている。こ
のようにして得られるフタロシアニン誘導体の作用は、
各種色素を始め、触媒作用、導電性、電荷発生物質など
きわめて多岐にわたっている。近年、注目されている機
能性特性を用いたものとして、自己組織化膜がある。こ
れは、固体表面に化学的に結合している有機体のきわめ
て薄いフイルムからなるものである。この組織化膜は、
電気化学的なセンサー、表面音響波素子、ピエゾ電気素
子、生化学センシング装置用の検出手段として用いられ
るものである。この自己組織化膜は、金基板表面上にメ
ルカプタン、ジスルフィド又はチオール・ジスルフィド
を形成させるものがある。しかしながら、従来知られて
いるこれらの物質は、必ずしも満足する結果は得られて
おらず、より優れた物質の創製が望まれていた。最近で
は、フタロシアニン誘導体を用いた自己組織化膜の開発
が行われている。例えば、J. Mater. Chem., 1996, 6,
149-154や Langmuir 1997, 13, p. 460-464にはフタロ
シアニン環を形成する芳香族基の部分に1つのメルカプ
トアルキル基及び複数のアルキル基を導入したものが記
載されている。これらの基を導入することにより、製膜
性及び溶解性を向上させることができるというものであ
る。しかしながら、これらの化合物は一つのイオウ原子
のみで金表面と結合しているものであり、一般に金基板
表面上に結合したチオラート化合物は溶液中の他のチオ
ール分子と交換反応を起こすことが知られていることか
ら、溶液中でのこれらの自己組織化膜は安定性は高いと
はいえず、問題のあるものである。Spec. Publ. R. So
c. Chem., 1999, 235, p. 24-35には8つのメルカプト
ペンチルオキシ基で置換されたフタロシアニン化合物の
合成が記載されているが、このフタロシアニン化合物の
チオール基は非常に酸化されやすく保存安定性に問題が
ある。本発明者らによる、特願平11−253500号
の出願明細書には4つのジスルフィド結合を分子内に導
入したフタロシアニン誘導体の合成が記載されている
が、そこに記載されている方法では、フタロシアニン化
合物の合成の収率が低く、再現性よく合成することが困
難であるという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の課題は、安
定な自己組織化膜を容易に形成することができる安定な
新規フタロシニン誘導体化合物及びにそれを製造する方
法並びに自己組織化膜を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
について鋭意検討したところ、以下の事柄を見出し、本
発明を完成するに至った。すなわち、大環状ジスルフィ
ドを分子内に有する4.5-(ジチオアルコキシ)フタロニト
リルを大過剰量のジアルキルジスルフィドと塩基存在下
に加熱することにより、S−S結合の交換反応とフタロ
シアニン環の生成反応が同時に進行させることができ、
8つのアルキルジスルフィド側鎖を有する新規フタロシ
アニン誘導体が合成できることを見出した。また、この
フタロシアニン誘導体の溶液に金基板を浸漬することに
より自己組織化膜を形成することができるを見出した。
【0005】本発明によれば、以下の発明が提供され
る。 一般式(I)
【化4】 (I) (式中、nは2〜18、Rは炭素数2〜18の直鎖また
は分岐鎖アルキル基を表し、Mは2個の水素原子、2価
金属原子、置換基を有する3価金属原子または置換基を
有する4価金属原子である。)で示されることを特徴と
するフタロシアニン誘導体化合物、一般式(II)
【化5】 (II) (式中、nは2〜18を表す。)で示される4,5-(ジチ
オジアルコキシ)フタロニトリルと一般式(III)
【化6】 (III) (式中、Rは炭素数2〜18の直鎖または分岐鎖アルキ
ル基を表す。)で示されるするジアルキルジスルフィド
を塩基及び溶媒の存在下に加熱することを特徴とする、
前記フタロシアニン誘導体の製造方法。前記フタロシア
ニン誘導体化合物を金属表面に製膜することにより得ら
れる自己組織化膜。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のフタロシアニン誘導体新
規化合物は、下記一般式(I)
【化7】 (I) (式中、nは2〜18、Rは炭素数2〜18の直鎖また
は分岐鎖アルキル基を表し、Mは2個の水素原子、2価
金属原子、置換基を有する3価金属原子または置換基を
有する4価金属原子である。)で表される。この新規な
フタロシアニン誘導体化合物は、フタロシアニン環を形
成する芳香族基の部分に、ジスルフィド結合を有するア
ルキルジチオアルコキシ基(R−S−S−(CH
−O−)を導入したものである。前記化合物の置換基の
一部であるアルキレン基((CH基)のnは、2
から18の整数を表すものである。Rは炭素数2から1
8の直鎖または分岐鎖アルキル基である。Rの炭素数が
1では原料となるジメチルジスルフィドの沸点が低すぎ
て反応に適さない。
【0007】2個の水素原子とはそれぞれ独立に窒素原
子に結合した2個の水素原子をいう。2価の金属原子の
例としては、Cu、Zn、Fe、Co、Ni、Pd、Pt、Mn、Sn、M
g、Ba、Ti及びBe等があげられる。置換基を有する3価
金属原子とは式Iにおいて窒素原子との結合に要する2
個の原子価を除く1原子価が置換基との結合に用いられ
ている3価金属原子をいう。3価の金属原子の例として
は、Al、Ga、In、Ti、Mn及びFe等があげられる。置換基
の例としてはハロゲン、メトキシ基、エトキシ基、プロ
ポキシ基のようなアルコキシ基、フェニルオキシ基、及
びヒドロキシ基があげられる。
【0007】置換基を有する4価金属原子とは式Iにお
いて窒素原子との結合に要する2個の原子価を除く2原
子価が置換基との結合に用いられている4価金属原子を
いう。4価の金属原子の例としては、Cr、Si、Ge、V、M
n及びTi等があげられる。置換基の例としてはハロゲ
ン、アルコキシ基、フェニルオキシ基、ヒドロキシ基、
及び酸素原子等があげられる。
【0008】具体的に示すと、以下の構造式の化合物で
ある。
【化8】
【化9】
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【0009】本発明のフタロシアニン誘導体化合物は、
以下のようにして製造される。原料としては以下の構造
式で示される4,5-(ジチオジアルコキシ)フタロニトリル
【化14】 (III) (式中、nは2〜18を表す。)を用いる。この化合物
は特願平11−253500に記載されている方法で合
成される。この方法によれば、4,5−ジヒドロキシフ
タロニトリルとジチオジアルコキシスルホナートを反応
させるものである。4,5-(ジチオジアルコキシ)フタロニ
トリル及び以下の構造式で示されるジアルキルジスルフ
ィド
【化15】 (IV) (式中、Rは直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。)を
溶媒に溶解させ、塩基の存在下に加熱することにより目
的物質を得ることができる。フタロシアニン化合物の8
つの置換基をすべて同一のアルキルジスルフィド置換基
にするためにはジアルキルジスルフィド化合物を大過剰
量用いる必要があり、ジアルキルスルフィドの使用量が
少ないと側鎖の種類が異なる各種のフタロシアニン誘導
体化合物が生成し、分離精製が困難になる。塩基として
は、リチウム 1-ペンタノラートの金属アルコラートが
用いられる。ジアルキルジスルフィド自身も溶媒を兼ね
ているが、溶媒として1-ペンタノール等の一級アルコー
ルが使用される。反応を促進するために、塩化ベンジル
トリエチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウ
ム等の四級アンモニウム塩が用いられる。中心金属を有
するフタロシアニン化合物を製造するには、さらに相当
する金属のハロゲン化物や酢酸塩等の金属塩類を添加し
て反応を行う。加熱温度は、120〜150℃、好まし
くは130〜140℃の範囲である。120℃未満の温
度では反応が十分に進行せず、150℃を越えると副反
応が生じ、好ましくない結果となる。反応時間は他の条
件によって左右されるが通常20分〜2時間程度であ
る。反応時間が短すぎると反応が十分に進行せず、長す
ぎると副反応により収率が低下する。反応生成物の分離
は、溶媒による沈殿及びカラムクロマトグラフイーによ
る分離などにより行うことができる。その際に、充填剤
としてはシリカゲルなどを用いることができる。
【0010】本発明のフタロシアニン誘導体化合物を用
いた自己組織化膜の形成は以下のようにして行う。膜は
金基板の表面に製膜する。用いられる金基板は、雲母も
しくはガラス基板上に金を真空蒸着して得られるものを
使用するか、もしくは市販のものを用いる。フタロシア
ニン誘導体化合物を溶媒に溶解させて得られる溶液中
に、金基板を浸し、薄膜を形成せしめ、引き上げた基板
を、溶媒ですすいで十分に洗浄し、室温程度で乾燥させ
る。この溶媒としては、フタロシアニン誘導体化合物を
溶解させることができるものでああれば、適宜、選択し
て使用することができる。具体的な溶媒としては、ジク
ロロメタン、クロロホルム、トルエンなどを挙げること
ができる。
【実施例】
【0011】実施例1(フタロシアニン誘導体を製造す
る工程) 2,3,9,10,16,17,23,24-オクタキス(6-(ヘキシルジチオ)
ヘキシルオキシ)フタロシアニンの合成 4,5-(6,6'-ジチオビス(ヘキシルオキシ))フタロニトリ
ル391mgと塩化トリエチルベンジルアンモニウム228mg
を、ジヘキシルジスルフィド14.1gと1-ペンタノール15
mlに窒素雰囲気下140℃で溶解させ、塩基として2mol/L
のリチウム 1-ペンタノラートを含む 1-ペンタノールと
キシレンの1:1混合溶媒懸濁液10mlを加え140℃の加
熱下に1時間攪拌した。室温に冷却した後、酢酸20mlを
加え30分間攪拌した。反応混合物をメタノール200ml中
に注ぎ、一晩放置した。緑色の沈殿物を濾過により収集
した。粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフイ
ーにより分離を行った。溶離剤としてはトルエン−ジイ
ソプロピルエーテルの混合溶媒を用いた。2,3,9,10,16,
17,23,24-オクタキス(6-(ヘキシルジチオ)ヘキシルオキ
シ)フタロシアニン71.9mgが11.5%の収率で得られた。
以下に示す分析結果から構造を確認した。 H-NMR (CDCl) δ0.86 (24H, t, J = 6.8 Hz, C
H), 1.23-1.33 (32H, m,CH), 1.35-1.43 (16H, m,
CH), 1.6-1.7 (32H, m CH), 1,75 (16H, br s,C
H),1,83 (16H, br s, CH), 2.15 (16H, s, CH -C
HO), 2.71 (16H, t,J = 7.3 Hz, CHS), 2.78 (16H,
t, J = 7.0 Hz, CHS), 4.62 (16H, s, CH O), 8.96
(8H, s, aromatic) 元素分析 計算値(C128H210NOS16) C, 6
1.44; H, 8.46; N, 4.48; S, 20.50%; 測定値 C, 61.
26; H, 8.57; N, 4.55; S, 20.44%
【0012】実施例2(膜の形成方法) 雲母基板上に、2.0×10−7torr、基板温度430℃
で、金を1Å/秒の速度で膜厚1700Åになるまで真
空蒸着し、570℃で2時間アニールすることにより、
金の(111)面を表面に持つ雲母基板を作製した。この
基板を、上述のフタロシアニン誘導体を1×10−7mol/
L溶解しているジクロロメタン溶液中に1分間浸けた。
引き上げた基板を純粋なジクロロメタンで2回すすぐこ
とにより、余分なフタロシアンニン誘導体を洗い流し
た。引き続いて、そのままの状態で室温下に乾燥させる
ことにより、自己組織化膜を得ることができた。フタロ
シニン誘導体の自己組織化膜が形成されていることは、
浸漬前後において基板表面の水の接触角が変化すること
や走査型トンネル顕微鏡観察により容易に確認すること
ができた。
【0013】
【発明の効果】本発明により得られるフタロシアニン誘
導体化合物を用いることにより、自己組織化膜を得るこ
とができる。この自己組織化膜は、従来のフタロシアニ
ン誘導体より得られる自己組織化膜と比較して、より多
点で基板表面に結合しているために化学的により安定な
ものである。本発明の自己組織化膜は電気的、光学的な
手段を用いて測定するセンサー材料として有用なもので
あり、センサーに用いたときに化学的に安定な自己組織
化膜である。また、本発明では、このような自己組織化
膜を得る安定なフタロシニアニン誘導体を容易に製造す
る方法を得ることができる。
【0014】
【図面の簡単な説明】
【図1】2,3,9,10,16,17,23,24-オクタキス(6-(ヘキシ
ルジチオ)ヘキシルオキシ)フタロシアニンのジクロロメ
タン溶液から形成された自己組織化膜の走査型トンネル
顕微鏡による観察像(20×20nm)を模写した図。
フロントページの続き (72)発明者 中西 房枝 茨城県つくば市東1−1 工業技術院 物 質工学工業技術研究所内 Fターム(参考) 4C050 PA13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 (I) (式中、nは2〜18、Rは炭素数2〜18の直鎖また
    は分岐鎖アルキル基を表し、Mは2個の水素原子、2価
    金属原子、置換基を有する3価金属原子または置換基を
    有する4価金属原子である。)で示されることを特徴と
    するフタロシアニン誘導体化合物。
  2. 【請求項2】 一般式(II) 【化2】 (II) (式中、nは2〜18を表す。)で示される4,5-(ジチ
    オジアルコキシ)フタロニトリルと一般式(III) 【化3】 (III) (式中、Rは炭素数2〜18の直鎖または分岐鎖アルキ
    ル基を表す。)で示されるするジアルキルジスルフィド
    を塩基及び溶媒の存在下に加熱することを特徴とする、
    請求項1記載のフタロシアニン誘導体の製造方法
  3. 【請求項3】金属表面に請求項1記載のフタロシアニン
    誘導体化合物を製膜して形成される自己組織化膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003055853A1 (fr) * 2001-12-26 2003-07-10 Nippon Soda Co., Ltd. Composes accepteurs d'electrons pouvant former des monocouches autoassemblees
JP2005286007A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 外部刺激応答性情報伝達分子素子
JP2011178881A (ja) * 2010-03-01 2011-09-15 Nippon Shokubai Co Ltd フタロシアニン化合物の製造方法

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